JP2017170570A - ガイドブッシュ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の加工精度及びガイドブッシュ等の耐久性を向上させることが可能なガイドブッシュ装置を提供する。【解決手段】工作機械の自動旋盤１００を、主軸１、バイト３を有する刃物台２、ガイドブッシュ装置１０、制御部４等を備えて構成する。ガイドブッシュ装置１０は、複数のガイド片１４を有するガイドブッシュ１１及びガイドブッシュモータ２０等を備える。制御部４は、ガイドブッシュモータ２０を駆動制御して、材料Ｗとの当接位置が、内周面１７で分散されるように、加工に応じてガイドブッシュ１１の回転位相を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガイドブッシュ装置に関する。

加工用の材料を、該材料が内周面と当接する状態でガイドするガイドブッシュを備えたガイドブッシュ装置が公知となっている（例えば特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載のガイドブッシュ装置は、加工に応じてガイドブッシュを回転させて、材料と当接するガイドブッシュの内周面の位置を変えることができる。一方、特許文献２には、制御手段によるサーボモータの駆動によって、ガイドブッシュを所定の回転位相に回転させて固定し、材料の案内を行うガイドブッシュ装置が開示されている。

特開２００２−１４４１０７号公報 国際公開２０１３／０３１８１８号

しかしながら、各特許文献に記載の発明のガイドブッシュ装置では、材料と当接するガイドブッシュの内周面の位置は、各加工に対して所定の位置に定められることになり、材料をガイドする際に、材料と当接するガイドブッシュの内周面の所定の位置が集中的に摩耗する場合があるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、材料をガイドする際に、材料と当接するガイドブッシュの内周面の所定の位置が集中的に摩耗するのを防止することが可能で簡易な構成のガイドブッシュ装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係るガイドブッシュ装置は、回転可能なガイドブッシュと、前記ガイドブッシュを、回転位相を制御して位置決めする制御部とを備え、加工用の材料を、該材料が前記ガイドブッシュの内周面と当接した状態でガイドするガイドブッシュ装置において、前記制御部を、前記材料との当接位置が、前記内周面で分散されるように、加工に応じて前記ガイドブッシュの回転位相を制御する構成としたことを特徴とする。

本発明に係るガイドブッシュ装置によれば、制御部がガイドブッシュの回転位相を、ガイドブッシュの内周面の材料との当接位置が、前記内周面で分散されるように、加工に応じて制御することで、材料をガイドする際に、材料と当接するガイドブッシュの内周面の所定の位置が集中的に摩耗することが防止され、内周面の偏った摩耗等を抑制して、材料のガイドを円滑に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るガイドブッシュ装置を備えた自動旋盤の要部であって、ガイドブッシュ装置を断面で表した図である。 図１に示されるガイドブッシュ装置の主要部分の正面図である。 図１に示されるガイドブッシュの斜視図である。 工具で材料を切削したときの切削抵抗と切削反力の状態を示す図であり、切削反力が作用する方向にガイド片が位置している状態を示す。 工具で材料を切削したときの切削抵抗と切削反力の状態を示す図であり、切削反力が作用する方向にすり割りが位置している状態を示す。

以下、本発明の一実施形態に係るガイドブッシュ装置について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態のガイドブッシュ装置は、工作機械の一つである自動旋盤１００に装着されている。自動旋盤１００は、主軸１、刃物台２、制御部４、ガイドブッシュ装置１０等を備えている。主軸１は主軸台に搭載され、主軸モータによって回転駆動される。刃物台２は、Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ６によってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動駆動される。主軸台は、Ｚ軸モータ７によってＺ軸方向（主軸１の軸線方向）へ移動駆動される。

制御部４は、ＮＣ制御装置から構成され、予め記憶された加工プログラムに基づき、主軸モータや、Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ６、Ｚ軸モータ７を、モータアンプ５ａ，６ａ，７ａを介して駆動制御し、主軸１や刃物台２等の動作を制御する。

主軸１は、後方から挿入される棒状の材料Ｗを把持する。主軸１によって把持された材料Ｗは、ガイドブッシュ装置１０に収容されたガイドブッシュ１１に挿入される。ガイドブッシュ１１は、材料の径に応じて、材料Ｗの軸線方向の移動及び回転を許容する程度に材料Ｗと同径に内径が調整される。刃物台２は、ガイドブッシュ１１の前方に配置され、ガイドブッシュ１１から突出する材料Ｗを切削加工するバイト３等の切削工具が複数搭載されている。

本自動旋盤１００は、制御部４の制御によって、加工プログラムに応じて、主軸１を回転駆動するとともに、主軸１をＺ軸方向に、刃物台２をＸ軸方向及びＹ軸方向に各々移動させることによって、材料Ｗをガイドブッシュ１１で軸線方向の移動及び回転を許容しながらガイドし、刃物台２に装着されたバイト３により、材料Ｗに対して所定の加工を行うことができる。

ガイドブッシュ装置１０は、自動旋盤１００のベッド側に立設されるガイドブッシュ支持台２１に取り付けられている。ガイドブッシュ装置１０は、ガイドブッシュ支持台２１に着脱自在に固定されるアウタースリーブ２２を外装として構成されている。アウタースリーブ２２内に、軸受け２３を介してガイドブッシュスリーブ２４が回転自在に支持されている。ガイドブッシュ１１はガイドブッシュスリーブ２４内に挿入されている。

ガイドブッシュ１１は、図３に示すように、略円筒形を呈している。ガイドブッシュ１１の先端側は、該先端に向かって外径が大きくなるようにテーパ面１２が設けられている。テーパ面１２を含むガイドブッシュ１１の先端側には、円筒の中心軸に沿ったスリット状の３本のすり割り１３が設けられ、先端側が３つのガイド片１４に分割されている。ガイドブッシュ１１の後端側の外周には、ネジ溝１５が設けられている。ガイドブッシュ１１の円筒部分の外周に、キー溝１６が設けられている。

ガイドブッシュスリーブ２４には、ガイドブッシュ１１のテーパ面１２に対応するテーパ面２５が形成されている。ガイドブッシュ１１は、テーパ面１２，２５が互いに当接するように、ガイドブッシュスリーブ２４内に配置されている。ガイドブッシュスリーブ２４に設けられたキー２６が、キー溝１６に係合することによって、ガイドブッシュ１１は、ガイドブッシュスリーブ２４に対して回り止めされている。ガイドブッシュ１１の後端には、ネジ溝１５を介して調整ナット２７が螺合されている。

調整ナット２７を回転させることによって、ガイドブッシュスリーブ２４に対してガイドブッシュ１１が軸線方向に移動する。ガイドブッシュ１１は、移動によるテーパ面１２，２５の押圧状態に応じて内径寸法が調整される。調整ナット２７には、後端部外径を拡開させるボルト２８が螺合されている。ボルト２８を締め込むことによって、調整ナット２７は、後端部の外径が拡開されて、ガイドブッシュスリーブ２４の内壁に押圧され、ガイドブッシュスリーブ２４に対して位置決め固定される。

調整ナット２７を所定の回転角度位置でガイドブッシュスリーブ２４に対して位置決め固定することによって、ガイドブッシュ１１が所定の内径寸法に調整されて固定される。ボルト２８を緩めることによって、調整ナット２７の後端部外径の拡開が解除され、調整ナット２７が回転可能となり、ガイドブッシュ１１の内径寸法を調節することができる。

ガイドブッシュスリーブ２４の後端側には、キー２６を介して一体的にタイミングプーリ２９が取り付けられている。ガイドブッシュ支持台２１にガイドブッシュモータ２０が取り付けられている。ガイドブッシュモータ２０の回転軸に、タイミングプーリ３０が固定されている。

図２に示されるように、両タイミングプーリ２９，３０の間にはタイミングベルト３１が掛け回されている。ガイドブッシュモータ２０は、モータアンプ２０ａを介して制御部４によって制御される。ガイドブッシュモータ２０の駆動によって、ガイドブッシュ１１がガイドブッシュスリーブ２４と一体的に回転駆動される。本ガイドブッシュ装置１０は、制御部４によってガイドブッシュモータ２０を駆動制御することで、ガイドブッシュ１１を回転させることができる。ガイドブッシュモータ２０の停止によって、ガイドブッシュ１１を回転不能な状態で所定の回転位相に位置決め固定することができる。

ガイドブッシュ１１は、材料Ｗの軸線方向の移動及び回転を許容するため、嵌合誤差の範囲で材料Ｗの外径より大きい内径に調整される。自動旋盤１００による材料Ｗの加工に際して、バイト３が材料Ｗに接触して切削を行うと加工時の切削反力によって、材料Ｗはガイドブッシュ１１の内周面の所定の位置に押し付けられて当接する。ガイドブッシュ１１は内周面の所定の当接位置に材料Ｗが当接されることによって、材料Ｗを軸線方向の移動及び回転を許容してガイドする。

ガイドブッシュ１１は、内周面がスリット１３による間隙を介して分割して形成されている。制御部４は、加工時の切削反力によって材料Ｗが押し当てられることでガイドブッシュ１１の内周面１７が受ける力が、３つのガイド片１４の各内周面１７ａで分散されるように、加工に応じてガイドブッシュ１１の回転位相を制御し、切削反力に対して材料Ｗが当接する内周面１７の当接位置を変化させるように構成されている。特に、材料Ｗとの当接位置が、分割された各内周面で分散されるようにガイドブッシュ１１を回転制御し、内周面１７の１か所または数か所のみに集中して材料Ｗが押し当てられるのを抑制するとともに、すり割り１３に材料Ｗが押し当てられることを抑制している。

以下、切削反力について、図４Ａ、図４Ｂを参照しながら説明する。図４Ａ、図４Ｂに示すように、ガイドブッシュ１１に挿通された材料Ｗにバイト３を接触させると、バイト３には、主分力Ｆ１が紙面下方向（材料Ｗの接線方向）に、背分力Ｆ２が紙面左方向(主分力Ｆ１に直交する方向)に作用し、その合成力として切削抵抗Ｆが紙面左下方向に作用する。

この切削抵抗Ｆの反力として、切削反力Ｇが材料Ｗに作用する。切削反力Ｇは、切削点Ｈから紙面右上方向、つまり切削抵抗Ｆの作用する方向（角度）に対して１８０°逆方向に働く力となる。切削反力Ｇの分力は、材料Ｗをねじる方向に働く紙面上向きの力Ｇ１と、材料Ｗを紙面右方向に曲げる力Ｇ２となる。そして、この切削反力Ｇは、図４Ａ、図４Ｂに白抜き矢印で示すように、ガイドブッシュ１１の内周面１７に材料Ｗを押し当てる方向（角度）Ａに作用する。

図４Ｂに示すように、切削反力Ｇが作用する方向Ａにすり割り１３が位置すると、材料Ｗがすり割り１３に押し当てられ、ガイドブッシュ１１の摩耗や傷の原因となったり、加工精度が低下したりする場合がある。また材料Ｗが、ガイドブッシュ１１の内周面１７の決まった１箇所又は複数箇所に押し付けられ続けることによって、ガイドブッシュ１１の材料Ｗが押し付けられて当接する内周面１７の当接位置の部分の摩耗等が進み、加工精度やガイドブッシュ１１の耐久性が低下する場合がある。

そこで、本ガイドブッシュ装置１０では、制御部４が切削反力Ｇの作用する方向Ａを検知する。制御部４は、この方向Ａにいずれかのガイド片１４の内周面１７ａが位置するように、ガイドブッシュモータ２０を駆動制御し、ガイドブッシュ１１を回転させる（図４Ａ参照）。その回転角度位置でガイドブッシュモータ２０を停止し、ガイドブッシュ１１を回転不能に固定する。この配置状態では、切削反力Ｇが作用する方向Ａにすり割り１３が位置することがなく、材料Ｗがすり割り１３に押し当てられることが防止されるため、材料Ｗの案内が安定して行われ、材料Ｗの加工精度やガイドブッシュ１１の耐久性を向上がさせることができる。

さらに、材料Ｗが１つのガイド片１４に押し当てられ続けるのを抑制するため、制御部４は、適宜のタイミングでガイドブッシュ１１を回転させ、材料Ｗが押し当てられるガイド片１４の内周面１７ａを変更し、材料Ｗとの当接位置を各内周面１７ａで分散させる。各ガイド片１４の各内周面１７ａで切削反力Ｇを分散させることができる。本実施形態では３つのガイド片１４を有するので、例えばガイドブッシュ１１を１２０°ずつ回転させることで、方向Ａに位置する内周面１７ａを容易に変更できる。

また、ガイドブッシュ１１が一回転して１つ目のガイド片１４に戻る場合は、１２０°とは異なる角度でガイドブッシュ１１を回転させることで、先とは異なる内周面１７ａの位置に材料Ｗを押し当てることができる。その後は、１２０°ずつ回転させることで、他の２つのガイド片１４の内周面１７ａにおいても、先とは異なる位置に材料Ｗを押し当ることができる。このように、回転ごとに各ガイド片１４の内周面１７ａの異なる位置に材料Ｗが押し当てられるように制御することで、材料Ｗとの当接位置が内周面１７ａで分散され、切削反力Ｇを各内周面１７ａの全体にわたって分散させることができる。よって、内周面１７の偏った摩耗等を抑制して、材料Ｗを円滑にガイドすることができ、材料Ｗの加工精度及びガイドブッシュ１１の耐久性を、より向上させることができる。

切削反力Ｇが作用する方向Ａ、つまり切削反力Ｇの方向（角度）は、バイト３に対する切削抵抗Ｆの分力である主分力Ｆ１と背分力Ｆ２を検知することで算出することができる。主分力Ｆ１によりＹ軸モータ６が負荷を受け、背分力Ｆ２によりＸ軸モータ５が負荷を受ける。各モータ５，６への負荷は、各モータアンプ５ａ，６ａによって電流値として取得することができる。制御部４は、モータアンプ６ａから取得した電流値に基づいて主分力Ｆ１を求め、モータアンプ５ａから取得した電流値に基づいて背分力Ｆ２を求める。求めた主分力Ｆ１と背分力Ｆ２から、バイト３が受ける切削抵抗Ｆの力の大きさ及びその方向（角度）を算出することができる。

切削抵抗Ｆの方向（角度）の１８０°反対方向を、材料Ｗに作用する切削反力Ｇの方向（角度）Ａとすることができる。得られた切削反力Ｇの方向（角度）Ａに基づいて、制御部４はガイドブッシュモータ２０を制御して、切削反力Ｇが作用する方向Ａにいずれかのガイド片１４の内周面１７ａが位置し、かつ各内周面１７ａの受ける力が内周面１７ａの全体にわたって分散するように、ガイドブッシュ１１を回転させることができる。

なお、切削抵抗Ｆの力の大きさ及び方向（角度）に対して、バイトすくい角度αや、材料Ｗの材質等の要因をパラメータとして、切削反力Ｇの方向（角度）Ａを算出する際に補正することが望ましい。切削抵抗Ｆや切削反力Ｇの算出精度をより高めることができる。

主分力Ｆ１、背分力Ｆ２の電流値は、バイト３にて材料Ｗの加工を一度行って取得すればよい。取得した電流値に基づいて算出された切削反力Ｇの方向（角度）Ａに基づいて、ガイドブッシュ１１の回転位相を制御することで、効率的な実施が可能である。切削抵抗Ｆに基づく切削反力Ｇの算出が本実施形態に限定されることはなく、電流値の検知以外の手段で算出してもよい。電流値等を検知しなくても切削抵抗Ｆが明らかな場合は、その切削抵抗Ｆに基づいて切削反力Ｇの方向（角度）Ａを算出してもよい。

また、刃物台２上で材料Ｗに対して異なる方向に配置されたバイト３の位置、使用するバイト３の形状やすくい角度の異なる種類、材料Ｗの径や材質によって、切削抵抗Ｆの合力や方向（角度）が変化することがある。このような場合は、バイト３の位置や形態、材料Ｗが変わるごとに電流値の取得や切削反力Ｇの方向Ａの算出等を行うことで、バイト３の位置形態、材料Ｗの特性に応じた最適な位置にガイドブッシュ１１の回転位相を制御することができる。

またこの場合も、異なる位置に配置されたバイト３や複数種のバイト３、複数種の材料Ｗを用いて、それぞれ加工を行って電流値を取得し、算出した切削反力Ｇの情報をバイト３や材料Ｗと対応付けて記憶部に記憶しておいてもよい。また、切削抵抗Ｆが明らかな場合は、それに基づいて算出した切削反力Ｇの情報をバイト３や材料Ｗに対応づけて記憶部に記憶しておいてもよい。その後の加工で、バイト３や材料Ｗが変わるごとに、記憶部から対応する切削反力Ｇの情報を取得し、この情報に基づいてガイドブッシュ１１の回転位相を制御することで、加工形態に応じた適切なガイド片１４の配置を自動で行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、１２０°ずつガイドブッシュ１１を回転させて、材料Ｗが押し当てられるガイド片１４を変更しているが、必ずしも回転ごとにガイド片１４を変更する必要はない。他の異なる例として、ガイドブッシュ１１を小さな角度で回転させて、切削反力Ｇの方向Ａに対するガイド片１４の位置を少しずつずらす制御とすることもできる。この制御によっても、材料Ｗとの接触位置が内周面１７ａで分散され、切削反力Ｇを各ガイド片１４の内周面１７ａ全体にわたって分散させることができる。

ガイドブッシュ１１の回転は、例えば、加工累積時間に応じて行うように制御部４に設定することができる。制御部４は、加工累積時間をタイマーで計測し、所定時間となるたびに、ガイドブッシュ１１を回転させて、切削反力Ｇの方向Ａに対する内周面１７の位置を変更する。またはガイドブッシュ１１の回転を、加工する製品数や加工サイクルごとに行うように設定することもできる。このようなタイミングでガイドブッシュ１１の回転位相を自動的に実行することで、材料Ｗの加工精度やガイドブッシュ１１等の耐久性をより向上させることができる。

また、いずれのタイミングでガイドブッシュ１１の回転を行うか、ユーザに選択させるようにすることもできる。また、例えば、径が小さい等、工具による負荷を受け易い材料Ｗの加工の場合に、ガイドブッシュ１１の回転位相の制御を行う構成とすることもできる。ユーザの選択や加工形態に対応した実施が可能となる。

以上、本実施形態では、加工に応じてガイドブッシュ装置１０によって、ガイドブッシュ１１の回転位相の制御を自動的に行うだけで、材料Ｗとの接触位置を内周面１７全体で分散させることができる。よって材料Ｗが押し付けられることによってガイドブッシュ１１の内周面１７が受ける力を、複数のガイド片１４の各内周面１７ａで分散させることができる。また、材料Ｗがすり割り１３に押し付けられるのを抑制することができる。

また、ガイドブッシュ１１の回転位相の制御により、切削反力Ｇの方向Ａに位置するガイド片１４を変更して、１つのガイド片１４の内周面１７ａに切削反力Ｇが集中して作用するのを抑制することできる。さらに、個々のガイド片１４においても、各内周面１７ａの全体で切削反力Ｇを分散するように、ガイドブッシュ１１を回転制御して内周面１７ａと材料Ｗとの当接位置を変更することができる。そのため、個々のガイド片１４においても特定箇所にのみ切削反力Ｇが集中することも抑制することができる。したがって、材料Ｗをガイドする際に、内周面１７の所定の位置が集中的に摩耗することが防止され、ガイドブッシュ１１による材料Ｗのガイドを円滑に行って、材料Ｗの加工精度やガイドブッシュ装置１０の耐久性を向上させることができる。また、材料Ｗのガイド性、加工精度、耐久性に優れたガイドブッシュ装置１０を、材料Ｗとの当接位置が、内周面１７で分散されるように、加工に応じてガイドブッシュ１１の回転位相を制御するよう制御部４を構成するだけで、簡易に得ることができる。

なお、本発明に係るガイドブッシュ装置が、本実施形態のガイドブッシュ装置１０に限定されることはなく、いずれのガイドブッシュ装置にも適用することができる。また、ガイドブッシュ装置を備えた加工装置も、本実施形態の自動旋盤１００に限定されることはなく、旋盤装置以外の加工装置（特に数値制御のもの）であってもよい。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。

３ バイト（工具） ４ 制御部 ５ａ，６ａ モータアンプ（検知部）
１０ ガイドブッシュ装置 １１ ガイドブッシュ １３ すり割り（間隙）
１４ ガイド片 １７，１７ａ 内周面

Claims (6)

1. 回転可能なガイドブッシュと、前記ガイドブッシュを、回転位相を制御して位置決めする制御部とを備え、加工用の材料を、該材料が前記ガイドブッシュの内周面と当接した状態でガイドするガイドブッシュ装置において、
   前記制御部を、前記材料との当接位置が、前記内周面で分散されるように、加工に応じて前記ガイドブッシュの回転位相を制御する構成としたことを特徴とするガイドブッシュ装置。
2. 前記ガイドブッシュの内周面が所定の間隙を介して分割して形成され、前記当接位置が、前記分割された各内周面で分散されることを特徴とする請求項１に記載のガイドブッシュ装置。
3. 前記制御部は、工具によって前記材料に作用する力の方向に基づいて、前記ガイドブッシュの回転位相を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガイドブッシュ装置。
4. 前記制御部は、前記材料が押し当てられることで前記ガイドブッシュの内周面が受ける力が、前記分割された各内周面の全体にわたって分散するように、前記ガイドブッシュの回転位相を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガイドブッシュ装置。
5. 前記制御部は、前記材料の加工累積時間に応じて、前記材料が押し当てられる前記内周面の位置を変更するように前記ガイドブッシュの回転位相を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガイドブッシュ装置。
6. 前記工具が前記材料に接触することによって前記工具に作用する背分力と、前記材料の回転によって前記工具に作用する主分力とを検知する検知部を備え、前記制御部は、前記主分力と前記背分力に基づいて切削抵抗の方向を算出し、該切削抵抗の方向に基づいて前記材料に作用する力の方向を算出するよう構成されたことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のガイドブッシュ装置。